Sieci ciepłownicze

(1)

OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO 1

Kod kursu : ISS202038W WYKŁAD

CIEPŁOWNICTWO

Sieci ciepłownicze (chłodnicze)

Studia dzienne II° (magisterskie)

Aktualizacja : marzec 2011

(2)

Piśmiennictwo

• PN-EN 253 - System preizolowanych rur do podziemnych wodnych sieci ciepłowniczych. Zespół rurowy.

• PN-EN 448 - System preizolowanych rur do podziemnych wodnych sieci ciepłowniczych.

• Kształtki. Zespół armatury. Zespół złącza.

• PN-EN 489 - Projektowanie i budowa sieci ciepłowniczych z systemu preizolowanych rur zespolonych.

• PN-75/B-01420 Ciepłownictwo Urządzenia i sieć zewnętrzna Oznaczenia na mapach i planach

2011-06-15 Maciej Miniewicz 2

(3)

Sieci ciepłownicze

Cel wykładu

• Poznanie budowy i struktury sieci ciepłowniczych

– Parametry pracy i materiały do budowy sieci

• Nabycie umiejętności projektowania sieci ciepłowniczych

– Klasyfikacja projektów sieci ciepłowniczych – Obliczenia hydrauliczne

– Obliczenia wytrzymałościowe – Systemy alarmowe

(4)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieci ciepłownicze pełnią ważną rolę w systemach ciepłowniczych / chłodniczych.

Do zadań sieci należy:

• Dostarczenie ciepła / chłodu z miejsca jego

wytwarzania - do odbiorców, niekiedy na znaczne odległości

• Zagwarantowanie właściwego rozdziału ciepła / chłodu do odbiorców

(5)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Do przesyłania ciepła / chłodu za pomocą sieci wykorzystuje się nośnik ciepła.

Do podstawowych nośników ciepła stosowanych w sieciach ciepłowniczych (chłodniczych) należą:

• Woda

• Para wodna

• Czynniki o podwyższonej temperaturze wrzenia

• (Czynniki o obniżonej temperaturze krzepnięcia)

(6)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieć ciepłowniczą powinna charakteryzować:

• Łatwość rozbudowy – przyłączania nowych odbiorców, nowych źródeł ciepła

• Duża niezawodność dostawy ciepła

• Niskie nakłady inwestycyjne

• Niskie koszty eksploatacyjne – wysoka efektywność energetyczna

• Zagwarantowanie wymaganych parametrów nośnika ciepła

(7)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Planowanie budowy sieci jest zagadnieniem o dużej złożoności wynikającej z nieznajomości jej docelowej struktury, która w znacznym stopniu zależy od:

• kierunków rozwoju infrastruktury miejskiej,

• przyszłych potrzeb cieplnych odbiorców,

• wykorzystania lokalnych zasobów energetycznych,

• polityki energetycznej oraz lokalnych rynków energii.

(8)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Trudności w planowaniu sieci ciepłowniczych lub jego brak mogą mieć wpływ na:

• Przyszły rozwój systemu ciepłowniczego (bariery w zakresie jego rozbudowy)

• Niską efektywność energetyczną (wysokie koszty eksploatacji)

• Niezawodność dostawy ciepła.

(9)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Struktura sieci ciepłowniczych – sieć promieniowa

Ciepłownia

(10)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieć pierścieniowa

Ciepłownia

(11)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieć wielopierścieniowa (kratownicowe)

EC

(12)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieć ciepłownicza ze zmianą parametrów

Ciepłownia

Wymiennik ciepła

Sieć

niskoparametrowa

(13)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rurociągi tranzytowe Sieć wodna

Sieć parowa

Źródło:Global District Energy Climate Awards – Copenhagen DH – Application 2009

(14)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

• Struktura sieci transportujących nośnik ciepła określona jest przede wszystkim przez warunki zabudowy miejskiej (przebieg ulic, zabudowę przestrzenną).

• Małe i średnie sieci ciepłownicze mają strukturę sieci promieniowych, ponieważ charakteryzuje się ona

małymi odcinkami trasy.

(15)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieci wielopierścieniowe (kratownicowe) są optymalnym rozwiązaniem z punktu widzenia

bezpieczeństwa dostawy ciepła i bardzo dobrymi możliwościami rozbudowy, jednak znajdują one zastosowanie jedynie do dużych systemów

ciepłowniczych ze względu na wysokie nakłady inwestycyjne na ich budowę.

(16)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Przebieg trasy sieci ciepłowniczej wyznacza się wg warunków geograficznych (ukształtowania terenu) uwzględniając zabudowę (prowadzenie ulic, inną infrastrukturę itp.), a także stosowane systemy rurociągów i ich układania.

Przy gęstej zabudowie rosną nakłady inwestycyjne ze względu na liczne odgałęzienia (trójniki).

(17)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieci rozdzielcze i przyłącza

Standardowy sposób układania sieci ciepłowniczej

(18)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Inne sposoby rozprowadzenia sieci mające na celu zmniejszenie ilości trójników – rozdział nośnika ciepła następuje w piwnicach.

Taki sposób prowadzenia trasy sieci ciepłowniczej wymaga jednak zgody właścicieli budynków i

przylegających do nich gruntów na ułożenie rurociągów.

(19)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Sieć rozdzielcza i przyłącza – sieć „z domu do domu”

(20)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Obniżeniu nakładów inwestycyjnych sprzyja często

system mieszany układania sieci ciepłowniczej łączący zalety obu wymienionych wyżej systemów.

(21)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

System pętlicowy

(22)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Taki sposób po ułożeniu nie nadaje się jednak do

dalszej rozbudowy i przyłączenia nie zaplanowanych wcześniej odbiorców. Ten sposób układania może znaleźć zastosowanie dla małych systemów

ciepłowniczych „zamkniętych” przy zastosowaniu systemu rur elastycznych.

(23)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Systemy rurociągów preizolowanych

0 20 40 60 80 100 120 140

0 50 100 150

Temperatura °C

Średnica rurociągu DN

1000 Elastyczne rury z tworzyw sztucznych,

preizolowane T=95°C/6 bar

Zwoje sztangi Rury stalowe giętkie, preizolowane

T=120/130 °C / 16/25 bar (zwoje / sztangi)

Rury stalowe preizolowane T=140 °C / 25 bar

(24)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Temperatura / ciśnienie 130 – 140 °C

Średnice DN 20 - DN 1000

Stosowane długości 6 , 12 , 16 , 24 m - sztangi Szczególne zastosowania Rury podwójne do DN 150

Rury preizolwane zespolone w płaszczu z tworzywa

(25)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rury preizlowane są najczęściej stosowanymi

materiałami do budowy nowych sieci ciepłowniczych.

Ze względu na ich wysoką wytrzymałość na

temperaturę i ciśnienie mogą być one stosowane w każdej sieci ciepłowniczej.

Konieczne jest stosowanie kompensacji.

Do łączenia rur stosuje się połączenia spawane oraz mufowanie.

(26)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Długoletnia praktyka w tych systemach zaowocowała odstępstwami od standardowych technik układania, wieloma innowacjami, redukcją kosztów – rury

podwójne, i niekosztownymi możliwości rozbudowy sieci podczas pracy (technika nawiercania sieci

podczas jej normalnej pracy).

(27)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rozwiązaniami konkurencyjnymi są:

Elastyczne rury z tworzyw sztucznych, preizolowane

Temperatura / Ciśnienie 85 – 95 °C / 6 – 10 bar

Średnica DN 22 – DN 100 w zwojach

DN 63 – DN 110 sztangi Stosowane długości Do 50 / 100 m w zwojach

12 m sztangi

Szczególne zastosowania Rury podwójne w zwojach do DN 40

(28)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Elastyczne rury z tworzyw sztucznych stosowane są w związku z dostępnymi średnicami do DN 110 i

parametrów zastosowania ( 95 °C, 6 bar), jako przyłącza, jaki i sieci rozdzielcze w sieciach

niskotemperaturowych. Należy zwrócić uwagę, aby możliwe było przyłączenie do sieci . Połączenie przez nawiercenie nie jest możliwe.

Można wpinać się stosując zamrażanie lub zagniatanie rurociągu.

(29)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rury metalowe giętkie, preizolowane

Temperatura / Ciśnienie 120 – 130 °C / 16 – 25 bar Średnice DN 15 – DN 50 w zwojach

DN32 – DN 100 w sztangach DN 25 – DN 150 w zwojach Flexwell

Dostępne długości 20 – 800 m w zwojach 9 – 10 – 12 m sztangi

Szczególne przypadki Rury podwójne do DN 50 sztangi

(30)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Elastyczność rur metalowych uzyskuje się stosując

odpowiednie materiały (miedź lub stal szlachetna) albo małe średnice nominalne, jak również systemy rur

pofałdowanych (fala) uformowane podobnie do kompensatorów (kabel ciepłowniczy).

Ważną zaletą elastycznych rur metalowych jest pełna samokompensacja (brak elementów kompensacyjnych) Dostępne są w zwojach do średnicy do DN 150.

(31)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Elastyczne rury metalowe preizolowane zalecane są do stosowania jako przyłącza do budynków (duża

elastyczność w prowadzeniu trasy, brak kształtek, małe promienie gięcia od 0,6 do 9 m).

(32)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Przykładowe systemy rur preizolowanych Kabel ciepłowniczy FLEXWELL® (FHK)

Giętka, dwuściankowa, samokompensująca się oraz wyposażona w system monitoringu rura preizolowana, temperatura robocza od - 170°C do +150°C, ciśnienie robocze PN

16/25, średnice nominalne DN 25-150. Rura przewodowa ze stali nierdzewnej, izolacja cieplna z pianki poliuretanowej PUR.

(33)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

CASAFLEX® jest systemem

giętkich, samokompensujących się i monitorowanych rur preizolowanych z rurą przewodową ze stali

nierdzewnej i izolacją cieplną z pianki PIR.

(34)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

• Zabezpieczenie przeciw dyfuzji oraz konstrukcja systemu rurowego

CASAFLEX® gwarantują uzyskanie minimalnych strat ciepła przy dużej odporności na działanie wysokich

temperatur. Temperatura robocza do 160 °C, temperatura max. do 180 °C, ciśnienie robocze PN 16/25, średnice nominalne DN 20-100.

(35)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rury preizolowane

CASAFLEX® stosowane są jako przyłącza do

budynków w sieciach

ciepłowniczych bliskiego i dalekiego zasięgu.

(36)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

• System rur preizolowanych

przeznaczony do stosowania w sieciach niskotemperaturowych

• CALPEX® jest systemem giętkich, samokompensujących się rur

preizolowanych z rurą przewodową

wykonaną z sieciowanego polietylenu.

CALPEX®

(37)

Sieci ciepłownicze - wprowadzenie

Rury preizolowane CALPEX® w zależności od

wymiarów dostarczane są w zwojach o długości nawet do 807 m, co pozwala w dużym stopniu na

zredukowanie połączeń w ziemi do minimum.

W porównaniu do rur z płaszczem z tworzywa

sztucznego rury preizolowane CALPEX® wymagają tylko 60% dotychczasowej szerokości wykopu.

Małe promienie gięcia rur.

(38)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

KLASYFIKACJA PROJEKTÓW (wg PN:EN-13941) Wprowadzono podział projektów na trzy klasy – A,B i C. T=130°C 𝛼_𝑇𝐸_𝑇∆𝑇 = 𝑅_𝑒𝑇 = ∆σ

A B

C T=95°C

r^m/t=50,8 28,7

T

(39)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Klasa projektu A, B dla rur ze szwem do DN300, dla rur bez szwu do DN500 (r^m/t <28,7).

Ponieważ grubość ścianki rury bez szwu jest większa niż

grubość rury ze szwem, granica klasyfikacji projektu (A,B)

przesuwa się w kierunku większych średnic.

(40)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projekt klasy A.

Do klasy A zalicza się wszystkie projekty dla których spełniony jest warunek r^m/t<=28,7, o małych

naprężeniach osiowych (T<=95°C), rurociągi o małym ryzyku okaleczenia ludzi lub spowodowania szkód w środowisku oraz rurociągi o małym ryzyku strat ekonomicznych, niezależnie od sposobu układania sieci.

(41)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projektowanie i budowę rurociągów sieci cieplnych można przeprowadzić na podstawie dokumentacji ogólnej producenta systemu, pod warunkiem zgodności jej z normą.

(42)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projekt klasy B.

Do klasy B zalicza się wszystkie projekty dla których spełniony jest warunek r^m/t<=28,7, o dużych

naprężeniach osiowych (T<=130°C), rurociągi o małym ryzyku okaleczenia ludzi lub spowodowania szkód w środowisku oraz rurociągi o małym ryzyku strat ekonomicznych, niezależnie od sposobu układania sieci.

(43)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projektowanie i budowę rurociągów sieci

cieplnych można przeprowadzić na podstawie dokumentacji ogólnej producenta systemu, pod warunkiem zgodności jej z normą.

(44)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projekt klasy C.

Do klasy C zalicza się wszystkie rurociągi w pełnym zakresie naprężeń dla parametrów dopuszczonych przez normę PN EN 13941, rurociągi o

podwyższonym ryzyku okaleczenia ludzi lub spowodowania szkód w środowisku oraz

rurociągi o niskim ryzyku strat ekonomicznych, niezależnie od sposobu ich układania.

(45)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projektowanie i budowę rurociągów sieci

cieplnych można przeprowadzić tylko na podstawie dokumentacji specjalnej.

Ze względu na błędy występujące zarówno w

angielsko- jak i polsko-języcznej normie, zaleca się

projektować wg zasad podawanych przez producentów rur preizolowanych.

Stosowanie normy nie zwalnia projektanta z odpowiedzialności zawodowej.

(46)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Określenie średnicy rurociągu.

Średnicę rurociągu sieci ciepłowniczej ustalamy na podstawie projektowego strumienia wody sieciowej przepływającego przez odcinek przewodu.

Strumień wody sieciowej określa się na podstawie zapotrzebowania na ciepło odbiorców (ogrzewanie, ciepła woda, ciepło technologiczne).

(47)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

K

1

2 3

4 5

co, cw

3=^co1,2+^cw(1,2)

cw(1,2)cw1,2

(48)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Obliczenie strumienia wody sieciowej dla węzła ciepłowniczego

• Obliczenie strumienia wody sieciowej na potrzeby węzła centralnego ogrzewania

𝑀_𝑠𝑐𝑜 = Φ_𝐻

𝑐 (𝑇_𝑧 − 𝑇_𝑝𝑥)

(49)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Temperatura wody sieciowej T_px we wzorze przyjmowana jest w zależności od typu węzła ciepłowniczego, i tak:

Węzeł wymiennikowy (pośredni) Węzeł bezpośredni (zmieszania pompowego)

𝑇_𝑝𝑥 = 𝑡_𝑝 + ∆𝑡_𝑘 𝑇_𝑝𝑥 = 𝑡_𝑝

Tz tz tz

tp tp

Tz

Tp Tp

(50)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Gdzie końcowa różnica temperatur wody sieciowej i temperatury wody powracającej z instalacji c.o.

przyjmowana jest w zależności od rodzaju wymiennika ciepła odpowiednio:

• 2..5 °C – dla wymienników płytowych oraz wysokosprawnych wymienników płaszczowo- rurowych np. typu JAD, WWB

• 5 … 10 °C – dla wymienników płaszczowo rurowych starszego typu.

(51)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Tz

tz Tpx

tp

A, m²

tk

Wykres temperatur dla wymiennika ciepła

(52)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Obliczenie strumienia wody sieciowej na potrzeby wentylacji

𝑀_𝑠𝑉 = Φ_𝑉

𝑐 𝑇_𝑧 − 𝑇_𝑝𝑥 𝑇_𝑝𝑥 = 𝑡_𝑝𝑉 + 5

(53)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Obliczenie

strumienia wody sieciowej na

potrzeby ciepłej wody użytkowej.

qj= 110 dm3/m d

Dt 55 °C

Ilość osób

Współ. godzinowej nierównomierności rozbioru

cw Nh

Czas użytkowania instalacji

Moc średnia godzinowa Fcwsh

Moc max godzinowa Fmaxh

h kW kW

1 9,32 3 2,3 21,9

2 7,87 3,5 4,0 31,7

3 7,13 4 5,3 37,6

4 6,65 4,5 6,3 41,6

5 6,29 5 7,0 44,3

6 6,02 5,5 7,7 46,2

7 5,80 6 8,2 47,6

8 5,61 6,5 8,7 48,6

9 5,45 7 9,1 49,4

10 5,31 7,5 9,4 49,9

15 4,81 9 11,7 56,5

20 4,49 10 14,1 63,2

30 4,06 12 17,6 71,5

40 3,79 14 20,1 76,2

50 3,59 16 22,0 79,0

100 3,03 18 39,1 118,5

200 2,56 18 78,2 200,2

300 2,32 18 117,4 272,0

320 2,28 18 125,2 285,6

(54)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Obliczenie strumienia wody sieciowej na potrzeby ciepłej wody (wytyczne Fortum)

𝜇 = Φ_{𝑐𝑤𝑚𝑎𝑥𝑕}

Φ_𝑐𝑜

(55)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Węzeł jednostopniowy równoległy

Węzeł dwustopniowy szeregowo-równoległy

Węzeł jednostopniowy równoległy

𝜇 < 0,25 0,25  𝜇  1,2 𝜇 > 1,2 𝑀_𝑠 = 𝑀_𝑠𝑐𝑜 + Φ_{𝑐𝑤ś𝑟ℎ}

𝑐_𝑤(𝑇_𝑧 − 𝑇_𝑝) 𝑀_𝑠 = 𝑀_𝑠𝑐𝑜 + 0,55 Φ_{𝑐𝑤ś𝑟ℎ} 𝑐_𝑤 𝑇_𝑧 − 𝑇_𝑝 𝑀_𝑠𝐿 = Φ_{𝑐𝑤𝑚𝑎𝑥 ℎ}

𝑐_𝑤(𝑇_𝑧𝑧 − 𝑇_𝑝𝑧) Przyjmujemy wartośd większą

𝑀_𝑠 = Φ_{𝑐𝑤𝑚𝑎𝑥 ℎ} 𝑐_𝑤(𝑇_𝑧𝑧 − 𝑇_𝑝𝑧)

(56)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

0 20 40 60 80 100 120 140 160

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18

Tz/Tp °C

Temperatura zewnętrzna te, °C

Wykres regulacyjny m. Wrocławia

Tzmin Tzmax Tp

(57)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Tz= 130 °C

Tp= 70 °C Tpx= 65 °C

tz= 80 °C Tzz= 70 °C

tp= 60 °C Tpz= 45 °C TII= 25 °C

co cwmaxh cwśrh m Msco Mscw Ms MsL Ms Rodzaj węzła

kW kW kW - kg/s kg/s kg/s kg/s kg/s

150 37,6 5,3 0,251 0,551 0,021 0,572 0,572 węzeł jednostopniowy równoległy

150 118,5 39,1 0,790 0,551 0,086 0,636 1,131 1,131 węzeł dwustopniowy szer-rów.

150 200,2 78,2 1,335 0,551 1,911 1,911 węzeł jednostopniowy równoległy

(58)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

𝑀_𝑠 = Φ_𝑐𝑜

𝑐 Δ𝑇_𝑐𝑜 + 𝐵 Φ_{𝑐𝑤𝑚𝑎𝑥𝑕}

𝑐Δ𝑇_𝐼𝐼

• Strumień wody sieciowej dla węzła szeregowo- równoległego wg SPEC

Δ𝑇_𝐼𝐼 = 24 𝑙𝑢𝑏 21°𝐶 Wymiennik płytowy / wymiennik JAD B – udział wymiennika ciepłej wody II°

(59)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Strumień wody sieciowej w okresie lata

Δ𝑀_𝑠𝑐𝑤 = 1,05 Φ_{𝑐𝑤𝑚𝑎𝑥𝑕}

𝑐 Δ𝑇_𝑐𝑤

Dla węzła jednostopniowego równoległego Δ𝑇_𝑐𝑤 = 46 𝑙𝑢𝑏 41 °𝐶

Δ𝑇_𝑐𝑤 = 48 𝑙𝑢𝑏 43 °𝐶

Dla lata – węzeł szeregowo-równoległy

Wymiennik płytowy / wymiennik JAD

(60)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Strumienie wody sieciowej dla węzła szeregowo- równoległego wg SPEC

co cwmaxh cwśrh m Msco Mscw Ms MsL Ms kW kW kW - kg/s kg/s kg/s kg/s kg/s

150 37,6 5,3 0,251 0,551 0,214 0,764 0,219 0,764 JAD 150 118,5 39,1 0,790 0,551 0,673 1,224 0,691 1,224 JAD 150 200,2 78,2 1,335 0,551 1,138 1,688 1,167 1,688

węzeł dwustopniowy równoległy węzeł dwustopniowy szer-rów.

węzeł dwustopniowy równoległy Rodzaj węzła

SPEC

(61)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Wnioski:

Strumienie wody sieciowej obliczone wg wytycznych Fortum są mniejsze od wyznaczonych wg wytycznych SPEC dla m < 1,2 natomiast większy jest strumień

wody sieciowej dla m > 1,2 .

(62)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Przepustowość rurociągów należy powiększyć o straty ciepła na odcinkach sieci.

Straty ciepła Przy obciążeniu szczytowym

Średnioroczne Charakterystyka długości sieci Zabudowa

jednorodzinna

4 – 5 % 12 – 17 % 14 – 25 m/WE

Zabudowa szeregowa 3 – 4 % 8 – 12 % 6 – 14 m/WE

Zabudowa wielorodzinna

2 – 3 % 5 – 9 % 2 – 6 m/WE

Wartości statystyczne dla 843 sieci (AGFW)

11 %

WE -mieszkanie

(63)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Obliczenia hydrauliczne sieci ciepłowniczej.

∆𝑝 = ∆𝑝_𝑙 + ∆𝑝_𝑧

∆𝑝_𝑙 = 𝜆 𝑙 𝑑

𝑤²𝜚 2

𝑤 = 𝑀

𝜚𝐴 = 4𝑀

𝜚𝜋𝑑² = 1,273 𝑀 𝜚𝑑²

Δ𝑝_𝑙 = 0,81𝜆𝑙 𝑀² 𝜚𝑑⁵

(64)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Δ𝑝_𝑙 = 𝑅𝑙 𝑅 = 0,81𝜆 𝑀²

𝜚𝑑⁵

𝑑 = 0,81𝜆𝑀² 𝜚𝑅

5

𝑀 = 1,11 𝜚𝑅𝑑⁵ 𝜆

(65)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Dla Re > 2300 rozpatrujemy dwa obszary

Pierwszy, przejściowy 2300 < Re <4000 (tzw. strefa krytyczna)

Drugi Re > 4000

Dla obu przypadków można zastosować wzór Waldena

𝜆 = 1

−2𝑙𝑜𝑔 6,10

𝑅𝑒^0,916 + 0,268𝑘𝑑_𝑖

2

(66)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Dla Re > 4000 należy sprawdzid czy  spełnia zależnośd

𝜀 = 𝑘

𝑑_𝑖 > 𝜀_𝑔𝑟 = 23 𝑅𝑒

Jeżeli nie to współczynnik oporów liniowych wyznaczamy ze wzoru Prandtla-Karmana

𝜆 = 1

2𝑙𝑜𝑔 𝜆 2,51 𝑅𝑒

−2

A jeśli  > _gr ze wzoru Colebrooka-Whit’a

𝜆 = 1

−2𝑙𝑜𝑔 2,51 𝑅𝑒 1 𝜆

+ 𝜀

3,71

2

(67)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Gęstość wody w temp. T r 958 kg/m3

Chropowatość przewodu k 0,0005 m

Średnia temperatura T 100 °C

Lepkość kinematyczna w

temp T ni

2,92863E-

07 m2/s

DN do t w Re l pl M

mm mm mm m/s -- -- Pa/m kg/s

50 60,3 2,9 0,8 148874,8 0,0160 81,34 2,187

Przykład obliczeń z zastosowaniem wzoru Waldena

(68)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Opory miejscowe

𝑍 = Σ𝜁 𝑤²

2 𝜚 = 0,81Σ𝜁 𝑀² 𝜚𝑑⁴ 𝑍 = Σ𝜁 𝑤²

2 𝜚 = 𝜆 𝑙_𝑧 𝑑

𝑤² 2 𝜚 𝑙_𝑧 = Σ𝜁 𝑑

2011-06-15 Maciej Miniewicz 𝜆 68

(69)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Źródło: Poradnik projektanta PRIM S.A.

∆𝑝 = 𝑉 𝑘𝑣

2

(70)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

2011-06-15 Maciej Miniewicz Źródło: Poradnik projektanta PRIM S.A. 70

(71)

71

Obliczenia hydrauliczne

Dobór średnicy sieci wg nomogramu

Średnica

przewodu [mm]

Przepływ wody [kg/s, kg/h]

Prędkość [m/s]

Opór jedn.

[Pa/m]

2011-06-15

(72)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Typoszereg rur preizolowanych

Projektowane rurociągi w klasie A lub B

𝑟_𝑚

𝑡 < 28,7

Rurociąg 355,6 x 5,6 w klasie C, natomiast 355,6 x 8 w klasie A lub B.

(73)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Wytyczenie trasy sieci ciepłowniczej w terenie

Oznaczenia na mapach urządzeń i sieci zewnętrznych.

PN-75/B-01420 Ciepłownictwo Urządzenia i sieć zewnętrzna Oznaczenia na mapach i planach

(74)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Przedmiot oznaczenia Podziałka 1:200 / 1:500 1:1000 / 1:2500 Elektrociepłownia

Ciepłownia

Kotłownia rejonowa Wolnostojąca Wbudowana

Sied cieplna

Kanałowa o wysokich i niskich parametrach

Bezkanałowa o wysokich parametrach

Bezkanałowa o niskich parametrach

Komory, kompensatory, armatura odcinająca Komora

Kompensator U-kształtowy

Armatura odcinająca Nie oznacza się

Węzły ciepłownicze Węzeł ciepłowniczy wolnostojący Węzeł ciepłowniczy wbudowany Przepompownie

Przepompownia wolnostojąca

Przepompownia wbudowana

Inne

Sied cieplna z drenażem

(75)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Przedmiot oznaczenia Podziałka 1:200 / 1:500 1:1000 / 1:2500 Elektrociepłownia

Ciepłownia

Kotłownia rejonowa Wolnostojąca Wbudowana

Sied cieplna

Kanałowa o wysokich i niskich parametrach

Bezkanałowa o wysokich parametrach

Bezkanałowa o niskich parametrach

Komory, kompensatory, armatura odcinająca Komora

Inne

(76)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Inne

(77)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zasady tyczenia trasy sieci ciepłowniczej

• Podziemne uzbrojenie terenu

eNN0,5m t[4]0,7m eWN0,7m 1,0 m

>15 kV <15 kV g w

0,8-1,0 m 1,6 m

k, kdWg rzędnych

(78)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia – od sieci kanałowej

l12m

max12m

3-8m

PS do likwidacji max12m

(79)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

max 6m

Należy zwrócić uwagę na możliwość zrzucenia sieci

kanałowej z podpór ruchomych

(80)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia od sieci preizolowanej

Trójnik wspawany Trójnik kuty

Spoina

pachwinowa

(81)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia od sieci preizolowanej

Max 6 - 12m d3

d2 d1

d1d2>d3

Max 24m d3 d3

B>Bmin

RPS

(82)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia równoległe

d3 d3

1,5m

Max 6m

(83)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia na sieci preizolowanej

d3 d2 d1

d3 d2

d1

d2 d3

Rozwiązanie niedopuszczalne

(84)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odgałęzienia na sieci preizolowanej

UPS

UPS SK

SK

Należy unikać umieszczania odgałęzienia bezpośrednio w strefie kompensacji

(85)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zmiana kierunku sieci ciepłowniczej

Najkorzystniejsze jest załamanie pod kątem 90°

Odkształcenia na kolanie 90° Odkształcenia na kolanie 45°

(86)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odkształcenia powstające na załamaniu sieci zależą od:

• Średnicy rury stalowej

• Grubości ścianki

• Kąta załamania

• Promienia gięcia kolana

• Zmiany temperatury i ciśnienia

• Sprężystości podłoża

(87)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Projektując sieć mamy wpływ na:

• Dobór grubości ścianki rury

• Długości odcinków przylegających do załamania

• Promienia gięcia kolana

• Podatność podłoża

(88)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Grubość ścianki rury

Ciśnienie robocze pd 16 MPa

Naprężenia dopuszczalne sd 190 N/mm2 Naddatek na tolerancję C1 0,08 mm

Naddatek na korozję C2 0 mm

Współczynnik

wytrzymałości złącza z 0,9

DN do t tmin

mm mm mm mm

50 60,3 2,9 2,90

(89)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Załamania niekompensacyjne

Do załamania trasy należy stosować kolana o katach od 60 do 90°, warunkowo

dopuszcza się stosowanie od 45 do 60 °.

RPS

< 5 – 60°

(90)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

90°

(91)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

6-12m RPS

B>Bmin

(92)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zmiana kierunku – ukosowanie

Dopuszcza się ukosowanie rurociągów w

odcinkach instalacyjnych (strefa poślizgu).

Wielkość ukosowania nie powinna

przekraczać 3° na jednym połączeniu spawanym.

Zaleca się wykonywać ukosowanie nie

częściej jak co 20 krotność DN rurociągu.

(93)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Ukosowanie

3°

Min 20 DN 3°

Dopuszczalny kąt ukosowania 3°i minimalnym odstępie =>6 m

(94)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

W rurociągach klasy B i C w odcinkach

zahamowanych przez tarcie niedopuszcza się ukosowania.

2011-06-15 Maciej Miniewicz Źródło: PRIM S.A. 94

(95)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zmiana kierunku przez gięcie rurociągu



R

𝑅 = 𝐿_𝑟180



Odcinki gięte rur traktujemy jak odcinki proste.

(96)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

W tabelach podaje się tzw. elastyczny

promień gięcia oraz minimalny promień gięcia, którego nie należy przekraczać.

Przykład obliczenia gięcia elastycznego:

Dane: kąt uzupełniający =55 ° Rura gięta DN 80

Maksymalny kąt gięcia _max=34°

(97)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Ilość odcinków rur podlegających gięciu

𝑛 = 𝛼

𝛼_𝑚𝑎𝑥 = 55

34 = 1,62 ≈ 2 Długość łuku

L_l=2 x 12=24 m Promień gięcia

𝑅 = 24 ∙ 180

𝜋 ∙ 55 = 25,01𝑚 > 𝑅_𝑚𝑖𝑛 = 20,22𝑚

(98)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Punkty stałe

W poprawnie zaprojektowanej sieci ciepłowniczej, rzeczywiste pkt stałe są zazwyczaj zbędne.

Eliminacja RPS zwiększa

bezpieczeństwo sieci poprzez wyeliminowanie nieciągłości płaszcza osłonowego w

konstrukcji pkt stałego.

(99)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zastosowanie rzeczywistego pkt stałego redukuje dopuszczalną długość ułożenia prostego odcinka sieci do wartości L_max.

W pkt stałych występują bardzo duże siły, co pociąga za sobą konieczność stosowania

dużych bloków betonowych. Praktycznie nie są stosowane dla średnic powyżej

DN350.

(100)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Rzeczywiste pkt stałe należy zastosować:

• Do zabezpieczenia przejść przez ścianę budynku, jeżeli mogłoby wystąpić

nadmierne wydłużenie osiowe.

• Do nadania kontrolowanego kierunku

wydłużenia np. dla kolan o kącie 30°.

• W celu zapobieżenia obsunięciu się sieci ciepłowniczej np. na zboczach.

(101)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Naprężenia w pkt stałych

RPS

s=190MPa L<Lmax

L<Lmax

(102)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zastosowanie rzeczywistego pkt stałego

Budynek

Min 2 m Max 6 m

(103)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Zastosowanie rzeczywistego pkt stałego

(104)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Redukcje średnicy.

Redukcję średnicy projektujemy zawsze za trójnikiem.

Ze względu na zmniejszenie pola przekroju rury na zwężce występuje skokowy wzrost naprężeń proporcjonalny do stosunku

powierzchni przekrojów rurociągów.

(105)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Nie należy wykonywać na jednej redukcji zmiany

średnicy o więcej niż dwie średnice, a w odcinkach

zahamowanych przez tarcie nie więcej niż o jedną średnicę.

(106)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Przesunięcie umownego pkt stałego UPS przy redukcji średnicy – przykład

𝐷1 ∙ 𝐿1 + 𝐿𝑥 ∙ 𝐷2 = 𝐿2 − 𝐿𝑥 ∗ 𝐷2

L

L1 L2

D1 UPS D2

Lx

(107)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

∆𝐿𝑥 = 𝐿2 − 𝐷1𝐷2 ∙ 𝐿1 2

Przykład:

L=60 m; L1=25 m; L2=35 m D1=125 mm; D2=110 mm

Po podstawieniu do wzoru Lx=3,29 m, stąd UPS leży w odległości L_UPS=L1+Lx=28,3 m

(108)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Ponieważ połowa odcinak to 30 m,

przesunięcie UPS względem środka odcinka wynosi -1,7 m w kierunku średnicy D1=125 mm.

L L/2

L1 Lx

-1,7

(109)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Strefy kompensacyjne

(110)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Dla kolan kompensacyjnych minimalną grubość poduszek określić można z zależności:

∆𝑃_𝑚𝑖𝑛= ∆𝐿 ∙ 1,5 𝑚𝑚

∆𝐿 – wydłużenie efektywne rurociągu z

uwzględnieniem zagłębienia, wydłużenia swobodnego i działania sił tarcia i korekty temperatury zasilania sieci

(111)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Grubość poduszek powinna zawierć się w zakresach:

P=40 mm dla L=0 …< 27 mm

P=80 mm dla L=27 …< 53 mm

P=120 mm dla L=53 …< 80 mm

Nie należy stosować poduszek o grubości większej niż 120 mm ze względu na możliwe

przekroczenie dopuszczlnej temperatury pianki PUR (50…60°C)

(112)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Ograniczenia grubości poduszek

(113)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Dla wydłużeń przekraczających L > 80 mm należy stosować naciąg wstępny

mechaniczny lub termiczny o 50%

wydłużenia rurociągu, wówczas grubość poduszek wyniesie odpowiednio:

P=80 mm dla L=80 … 106 mm

P=120 mm dla L=106 … 160 mm

(114)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Długość strefy kompensacji

(115)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Przykład doboru poduszek

L₁=61 mm P_min=L₁ x 1,5=91,5 mm Przyjęto 120 mm L_k1=3 m

L₂=32 mm P_min=L₂ x 1,5=48 mm Przyjęto 80 mm L_k2=2 m

(116)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Rozmieszczenie poduszek dla przykładu

L₁=61mm

L₂=32 mm

40 80

L_k22m

L k1=3m

40 80 120

(117)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Dla wydłużeń przekraczających L>160 mm Należy zastosować nisze lub kompensatory

osiowe w komorach.

Pierścień gumowy

(118)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Naciąg wstępny

Ma na celu redukcję wysięgu ramion

kompensacyjnych typu „L”, „Z” lub „U”

oraz redukcję grubości poduszek kompensacyjnych.

Szczególne zastosowanie w technologii zimnego montażu.

(119)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Naciąg wstępny może być uzyskany w sposób mechaniczny bądź termiczny.

L/2

Przykładamy siłę i spawamy

(120)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Montaż armatury odcinającej

Źródło: PRIM Lublin

(121)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

(122)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

Odpowietrzenia na sieci preizolowanej

(123)

Odpowietrzenia systemu podwójnego

(124)

Sieci ciepłownicze - projektowanie

System zespolony rur podwójnych Udoskonaleniem bez-

kanałowego układania sieci ciepłowniczej jest system zespolony rur podwójnych.